WO2002041971A1

WO2002041971A1 - Filtre en nid d'abeille et son procede de fabrication

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Publication number: WO2002041971A1
Application number: PCT/JP2001/008719
Authority: WO
Inventors: Toshiyuki Hamanaka; Yasushi Noguchi
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2002-05-30
Also published as: DE60129589T2; JP4222588B2; ZA200303356B; CN1476345A; US7122237B2; DE60129589D1; CN1248765C; AU2001294176A1; EP1340530B1; EP1340530A4; EP1340530A1; US20040053005A1; JP2002159811A

Description

明細書八二カムフィルター及びその製造方法技術分野

本発明は、ハニカムフィルター及びその製造方法に関する。更に詳しくは、濾過効率が高く、かつ極めて耐熱衝撃性に優れるとともに、封止部材とフィルター基体との接合強度が大きく、かつ圧力損失が少ないハニカムフィルター及びその製造方法に関する。背景技術

近年、環境問題の関心の高まりとともに、ディーゼルエンジン等の排ガス中の微粒子（パティキュレート）を除去する為のハニカムフィルタ一が注目されている。

図 4 ( a )、 ( b ) に示すように、このハニカムフィルタ一は、一般に、多孔質セラミックスからなるハニカム状のフィルタ一基体 1 2の両端面に開口する貫通？し 1 4 a、 1 4 bを、一の端面で千鳥格子状に封止し、かつ他の端面で一の端面で封止した貫通孔 1 4 aと異なる貫通孔 1 4 bを千鳥格子状に封止した構造を主要部とするものであり、いずれか一の端面から導入された排ガス 1 7を、強制的に貫通孔間の隔壁 1 3を通過させることにより、排ガス 1 7中の微粒子（パティキュレート）を捕集、除去するものである。

従来、八二カムフィルタ一は、セラミックスのスラリーを多孔質セラミックスからなるフィルタ一基体 1 2の貫通孔 1 4に圧入後、焼成して、フィルタ一基体 1 2の貫通孔 1 4に目封じ材 1 1を埋設したものが広く用いられている。この際、目封じ材 1 1は、各貫通孔間の隔壁 1 3に溶融反応により固着されるものではなく、圧入によりスラリーを隔壁 1 3の気孔に浸入させて焼成する結果、いわば嵌合の機構により固着するものである。

しかし、従来のハニカムフィルターでは、目封じ材 1 1とフィルタ一基体 1 2 との熱膨張係数の差について特に考慮していなかったことから、目封じ材 1 1の熱膨張係数の方が大きい場合には、隔壁 1 3の気孔に浸入した目封じ材 1 1が熱膨張により隔壁 1 3に亀裂を生じさせ、目封じ材 1 1の熱膨張係数の方が小さい場合には、目封じ材 1 1が脱落するという問題を有していた。

これに対して、フィルタ一基体 1 2と、目封じ材 1 1のセラミックス材料を特定の組合せとすることにより、両者の 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差を、 3 . 5 X 1 0 - 6Z°C以下として、上述の問題を解消するハニカムフィルターが提案されている（特公平 2— 5 3 0 8 3号公報）。

しかし、このハニカムフィルターでは、構造上、フィル夕一基体 1 2の隔壁 1 3の一部が、目封じ材 1 1により覆われてしまうことから、排ガス 1 7が、目封じ材 1 1により覆われた部分を通過できず、フィルタ一として機能が低下してしまうという問題があった。

また、従来は、フィルタ一基体 1 2と目封じ材 1 1との固着面積を大きくして目封じ材 1 1の脱落等を防止する観点から、目封じ材 1 1を約 1 0〜1 5 mmの厚さで貫通孔 1 4に埋設していたのが現状であった為、圧力損失が大きくェンジン出力が低下するという問題を有していた。

これに対して、図 5に示すように、フィル夕一基体 1 2の貫通孔 1 4を、一の端面で千鳥格子状に封止し、かつ他の端面で一の端面で封止した貫通孔と異なる貫通孔を千鳥格子状に封止する封止板 2 1をフィルタ一基体 1 2の両端面に固着させたハニカムフィルタ一が提案されている（特開昭 5 5 - 1 1 4 3 2 4号公報）。このハニカムフィルターでは、封止板 2 1をフィルタ一基体 1 2の端面に固着させる構造である為、フィル夕一基体 1 2の隔壁の一部が、封止板 2 1により覆われてしまうことがなくフィルター機能を向上させることができるとともに、隔壁のクラックの発生を防止することができるものである。

しかしながら、このハニカムフィルターでは、封止板 2 1とフィルタ一基体 1 2とのセラミックス材料の差による熱膨張係数の差について全く考慮されていなかった為、封止板 2 1の剥離、脱落による排ガスの漏洩を生じてしまう等、実用上、耐熱衝撃性に問題を有していた。また、このハニカムフィルターでは、封止板 2 1の厚さについても全く考慮されていない為、押出し成形によりセラミックス結晶を配向させた封止板 2 1を形成した場合、封止板 2 1の厚さによってはセラミックス結晶が充分配向しないことがあった。この結果、実際上、封止板 2 1とフィルタ一基体 1 2との熱膨張係数の差が大きくなり、これをフィルタ一基体 1 2に固着したハニカムフィルターでは、高温使用時、封止板 2 1の剥離、脱落による排ガスの漏洩を生じることがあった。また、圧力損失の増大によるエンジン出力の低下という従来の問題を何ら解決するものではなかった。

他方、ハエカムフィルターの製造は、従来、ハニカム状乾燥体を焼成したフィルター基体にセラミックスからなるスラリーを圧入後又は焼成前の板状生成形体を圧着後、焼成する方法が行われていた。

しかしながら、この従来の製造方法では、焼成工程が、ハニカム状乾燥体を焼成してフィルタ一基体とする工程と、スラリーを圧入後又は板状生成形体を圧着後、焼成してハニカムフィルターとする工程の 2工程からなる為、ハニカムフィルターの高コスト化の主要な原因になっており、ハニカムフィルターの普及に対する大きな障害となっていた。

また、板状生成形体を圧着後焼成してハニカムフィルターとする場合には、既に焼成済みのフィルタ一基体と焼成前の板状生成形体とでは焼成による焼締りの程度が異なる為、圧着時には両者の貫通孔が対応していても焼成後にはズレを生じることがあった。

更には、フィルタ一基体に板状生成形体を圧着後焼成する製造方法では、フィルター基体と封止部材との接合強度が必ずしも充分ではなかった。

本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、濾過効率が高く、かつ耐熱衝撃性にも優れるとともに、封止部材とフィルタ一基体との接合強度が高く、かつ圧力損失を小さくすることができるハニカムフィルターを提供することを第一の目的とする。

また、本発明は、濾過効率が高く、かつ耐熱衝撃性にも優れるとともに、封止部材とフィルター基体との接合強度が極めて高く、かつ圧力損失を小さくすることができるハニカムフィルターを、極めて低コストかつ精密に製造することができるハニカムフィル夕一の製造方法を提供することを第二の目的とする。発明の開示

本発明者は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、封止部材を、厚さ 3 mm以下のシート状焼成体とするとともに、封止部材とフィルター基体との 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差を特定の数値以下とすることにより上記第一の目的を達成できることを知見し、また、シ一ト状生成形体をハニカム状乾燥体の端面に圧着した後、一体焼成することにより上記第二の目的を達成できることを知見し、本発明を完成させた。

即ち、本発明によれば、複数の貫通孔を有するハニカム状のフィルタ一基体と、このフィル夕一基体の貫通孔が開口する端面に固着される封止部材とを備え、封止部材が、フィルタ一基体の複数の貫通孔を、一の端面で千鳥格子状に封止し、かつ他の端面で一の端面で封止した貫通孔と異なる貫通孔を千鳥格子状に封止するハニカムフィルターであって、封止部材が、厚さ 3 mm以下のシート状焼成体であるとともに、フィルタ一基体との 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0—⁶/°C以下であることを特徴とするハニカムフィル夕一が提供される。

本発明のハニカムフィルターにおいては、フィルタ一基体及び封止部材が、配向コーデイエライトを主結晶相とするセラミックスからなることが好ましい。また、封止部材は、可塑性のシート状生成形体をハニカム状乾燥体に圧着、焼成することにより、フィルタ一基体に固着されることが好ましく、又はフィルタ一基体との 4 0〜8 0 0 における熱膨張係数の差が 0 . 5 X 1 O— /t以下の接合材を介して、フィルタ一基体に固着されることが好ましい。

また、本発明によれば、セラミックス材料を押出し成形してシート状生成形体及び八二カム状生成形体を形成し、該シート状生成形体に、該ハニカム状生成形体を乾燥したハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させて、千鳥格子状に貫通^ ^を形成し、該シート状生成形体に形成した貫通孔が、該ハニカム状乾燥体の貫通孔に対応する位置で、該シート状生成形体を該ハニカム状乾燥体の端面に圧着し、該シート状生成形体が圧着されたハニカム状乾燥体を一体焼成することを特徴とするハニカムフィルタ一の製造方法が提供される。

本発明のハニカムフィルターの製造方法においては、セラミックス材料が、平均粒径 1〜 10 mのカオリン 0〜20質量％、平均粒径 5〜30 mのタルク 37〜40質量％、平均粒径 1〜10 mの水酸化アルミニウム 15〜45質量％、平均粒径 4〜8 の酸化アルミニウム 0〜15質量％、平均粒径 2〜1 00 iimの溶融シリカ又は石英 10〜20質量％の組成物を主原料とすることが好ましく、シート状生成形体は、厚さ 3mm以下であることが好ましい。

また、本発明のハニカムフィルタ一の製造方法においては、ハニカム状生成形体の貫通孔の形成と、シート状生成形体のハニカム状乾燥体の端面への圧着を同時に行うことが好ましい。図面の簡単な説明

図 1 (a) (b) は、本発明のハニカムフィルタ一の一の実施の形態を模式的に示すものであり、図 1 (a) は一部断面図、図 1 (b) は平面図である。

図 2は、本発明のハニカムフィルタ一における封止部材とフィルタ一基体との固着の状態の一例を模式的に示す一部断面図である。

図 3は、本発明のハニカムフィル夕一における封止部材とフィルタ一基体との固着の状態の他の例を模式的に示す一部断面図である。

図 4 (a) (b) は、従来のハニカムフィルタ一の一例を模式的に示すもので、図 4 (a) は一部断面図、図 4 (b) は平面図である。

図 5は、従来のハニカムフィルターの他の例を模式的に示す斜視図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。

1. ハニカムフィルター

図 1 (a)、（b) に示すように、本発明のハニカムフィルタ一は、複数の貫通孔 4 a、 4 IDを有するハニカム状のフィルタ一基体 2と、このフィルタ一基体 2 の貫通孔 4 a、 4 bが開口する端面に固着される特定の封止部材 1とを備えるものである。

これにより、フィルタ一基体 2の隔壁 3の一部が、封止部材 1により覆われてしまうことがなく、フィルター機能を向上させることができる。また、封止部材 1の熱膨張によってフィルター基体 2の隔壁 3にクラックが発生することを防止することができる。

本発明におけるフィルタ一基体 2の構成材としては、例えば、無配向コ一ディエライト、配向コーディエライト、ムライトージルコン、ムライト、ジルコン、コ一ディエライト—ムライト、ムライト一チタン酸アルミニウム、クレーポンド炭化ケィ素、及びジルコニァースピネルからなる群より選ばれた 1種を主結晶相とするセラミックスを挙げることができ、中でも、低熱膨張性の点で、配向コーディエラィトが好ましい。

これらセラミックスは、 1種単独又は 2種以上を組合わせることができる。ここで、「配向コーデイエライト」とは、コ一デイエライト結晶の C軸が排ガスの流路方向に対して垂直に配向したコーディエライトを意味する。

具体的には、焼成によりコーデイエライトが合成される原料粉末を押出し成形等で成形後、焼成することにより得ることができる。

フィルタ一基体 2は、この他、例えば、インディアライト、ムライト、スピネル、サフィリン、コランダム、チタニア等を含有するものであってもよい。フィルタ一基体 2の形状としては、例えば、端面の形状が真円、楕円、トラックサークル等の円柱、端面の形状が三角、四角等の多角形である角柱、これらの円柱、角柱の側面がくの字に湾曲した形状等を挙げることができ、貫通孔の形状としては、例えば、断面形状が四角、八角等の多角形、真円、楕円等のものを挙げることができる。

フィルタ一基体 2の成形は、例えば、押出し成形法、射出成形法、プレス成形法、セラミックス原料を円柱状に成形後貫通孔を形成する方法等により行うことができるが、連続成形が容易であるとともに、コーディエライト結晶を配向させて低熱膨張性にできる点で押出し成形法が好ましい。

本発明における封止部材 1は、八二カム状のフィル夕一基体 2における複数の貫通孔 4 a、 4 bを、一の端面で千鳥格子状に封止し、かつ他の端面で一の端面で封止した貫通孔 4 aと異なる貫通孔 4 bを千鳥格子状に封止するものである。これにより、いずれか一の端面から導入された排ガス 7を、強制的に貫通孔間の隔壁 3を通過させることにより、排ガス 7中の微粒子（パティキュレート）を捕集、除去することができる。

本発明においては、封止部材 1と前述したフィルタ一基体 2との 4 0〜 8 0 0 における熱膨張係数の差を、 0 . 5 X 1 0— ⁶/ 以下、好ましくは、 0 . 3 X 1 0—⁶/°C以下、より好ましくは、 0 . 2 X 1 0 -ゾ。 C以下とする。

4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0 _⁶/ を超えると、ハニカムフィルタ一を高温で使用の際、固着部に大きな歪を生じ、封止部材 1の剥離又は脱落を生じ、排ガス 7が漏洩してフィルタ一として機能しなくなつてしまラ。

ここで、本願明細書中「熱膨張係数」とは、一定圧力下、単位温度変化（）当たりのガス流路方向における寸法変化率（A L Z L ) を意味する。

4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0 _⁶Z。C以下の構成材の組合せとしては、例えば、 ①同じ構成材、 ②ムライトージルコンとムライト、 ③コーデイエライト—ムライトと無配向コーデイエライト、等を挙げることができる。中でも、 4 0〜8 0 0 における熱膨張係数の差が小さくフィルタ一基体と封止部材の接合強度が大きい点で、①同じ構成材とすることが好ましく、特に、低熱膨張性である点で、何れの構成材も配向コーデイエライトとすることが好ましい。

本発明における封止部材 1は、厚さ 3 mm以下のシート状成形体、好ましくは厚さ 2 mm以下のシート状成形体、より好ましくは厚さ 1 mm以下のシート状成形体とする。

厚さ 3 mmを超えると、ハニカムフィルタ一の圧力損失が増大し、エンジン出力が低下してしまう。また、押出し成形の際、セラミックス結晶の配向が不十分となる為、封止部材 1とフィルタ一基体 2との熱膨張係数の差が大きくなり、これをフィルタ一基体 2に固着したハニカムフィルターでは、高温使用時に、封止部材 1の剥離、脱落による排ガスの漏洩を生じてしまう。

本発明における封止部材 1は、図 2に示すように、フィルタ一基体 2に直接的に固着されるもの、図 3に示すように、接合材 6を介して間接的に接合されるもの、いずれでもよい。

図 2に示す封止部材 1をフィルター墓体 2に直接的に固着する方法としては、例えば、可塑性を有するシート状生成形体をフィルタ一基体の貫通孔が開口する端面に圧着し、その後焼成する方法；可塑性を有するシート状生成形体を、ハニカム状乾燥体の貫通孔が開口する端面に圧着し、その後焼成する方法等を挙げることができる。

中でも、図 1 ( a )、 ( b ) に示す封止部材 1とフィルタ一基体 2の貫通孔 4、 5の対応関係が焼成によりズレを生じないとともに、焼成工程の省略により大幅なコスト削減が可能となり、かつ封止部材 1とフィルタ一基体 2との接合強度を大きくすることができる点で、後者の方法が好ましい。

ここで、「ハニカム状乾燥体」とは、セラミックス材料を押出し成形等で成形した直後のハニカム状の生成形体を乾燥したものを意味し、「フィルタ一基体」とは、このハニカム状乾燥体を焼成したものを意味する。また、「シート状生成形体」とは、セラミックス材料を押出し成形等で成形したもので乾燥、焼成前のものを意味する。

図 3に示す封止部材 1を、接合材 6を介してフィルタ一基体 2に間接的に固着する方法としては、例えば、セラミックスを主成分とするスラリー (焼成後接合材となるもの）をフィルタ一基体 2又はハニカム状乾燥体の端面に塗布した後、シート状封止部材又はシート状生成形体を圧着、焼成する方法等を挙げることができる。

接合材 6は、フィルタ一基体 2との 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0— ⁶Z°C以下であることが好ましい。

フィルタ一基体 2との 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0一⁶ /"Cを超えると、ハニカムフィルターを高温で使用の際、固着部の歪が大きくなり封止部材 1が剥離又は脱落し、排ガスが漏洩することがある。

接合材 6は、押出し成形等によりセラミックス結晶を配向させることにより熱膨張係数を調整することも可能ではあるが、調整工程が複雑になる為、原料の組成により調整することが好ましい。

具体的には、例えば、フィルタ一基体 2が配向性コーディエライトからなる場合には、平均粒径 2〜5 mのカオリン 0〜2 0質量％、平均粒径 8〜1 5 w m のタルク 3 7〜4 0質量％、平均粒径 0 . 5〜3 の水酸化アルミニウム 1 5 〜4 5質量％、平均粒径 2〜4 mの酸化アルミニウム 0〜 1 5質量％、平均粒径 2〜1 0 mの溶融シリカ又は石英 1 0〜 2 0質量％の組成物を主原料とするセラミックス材料を焼成したものを挙げることができる。

2 . ハニカムフィルターの製造方法

本発明のハニカムフィルターの製造方法は、セラミックス材料を押出し成形してシート状生成形体及び八二力ム状生成形体を形成し、該シ—ト状生成形体に、該ハニカム状生成形体を乾燥したハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させて、千鳥格子状に貫通孔を形成し、該シート状生成形体に形成した貫通孔が、該ハニカム状乾燥体の貫通孔に対応する位置で、該シート状生成形体を該ハニカム状乾燥体の端面に圧着し、該シ一ト状生成形体が圧着されたハニカム状乾燥体を一体焼成するものである。以下、各工程毎に詳細に説明する。

本発明のハニカムフィルターの製造方法では、まず、セラミックス材料を押出し成形してシート状生成形体及び八二カム状生成形体を形成する。

これにより、シート状生成形体及びハニカム状生成形体を構成する原料粒子が配向するため、焼成後得られる封止部材及びフィル夕一基体をともに低熱膨張性とし、かつ両者の熱膨張係数の差を小さくすることができる。

セラミックス材料としては、例えば、ケィ素、チタン、ジルコニウム、炭化ケィ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、窒化ケィ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ムライト、コーディエライト化原料、チタン酸アルミニウム、サイアロン、カオリン、タルク、水酸化アルミニウム、溶融シリカ、及び石英からなる群より選ばれる少なくとも 1種を含むものを主原料とするものを挙げることができ、セラミックス材料は、これら主原料を 1種単独で又は 2種以上を組合わせたものを用いることができる。より具体的には、八二カム状生成形体の主原料としては、フィルタ一基体が低熱膨張性に優れる点で、平均粒径 5〜1 0 x mのカオリン 0〜2 0質量％、平均粒径 1 5〜3 0 mのタルク 3 7〜4 0質量％、平均粒径 1〜1 0 ΠΙの水酸化アルミニウム 1 5〜4 5質量％、平均粒径 4〜8 z mの酸化アルミニウム 0〜 1 5質量％、平均粒径 3〜 1 0 0 /i mの溶融シリカ又は石英 1 0〜2 0質量％の組成物を主原料とするのが好ましい。

また、八二カム状生成形体の主原料を上述の原料とした場合のシート状生成形体の主原料は、封止部材が低熱膨張性に優れ、かつフィルタ一基体との熱膨張係数の差が小さな点で、平均粒径 2〜5 ^ mのカオリン 0〜2 0質量％、平均粒径 8〜 1 5 のタルク 3 7〜4 0質量％、平均粒径 0 . 5〜 3 mの水酸化アルミニゥム 1 5〜4 5質量％、平均粒径 2〜4 mの酸化アルミニウム 0〜1 5質量％、平均粒径 2〜1 0 i mの溶融シリカ又は石英 1 0〜2 0質量を主原料とするのが好ましい。

尚、同一の原料としないのは、押出し成形による配向の程度に差があること等を考慮した為である。

本発明においては、セラミックス材料に、必要に応じての所望の添加剤を添加することができる。

添加剤としては、バインダー、媒液への分散を促進する為の分散剤、気孔を形成する為の造孔材等を挙げることができる。

バインダ一としては、例えば、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシェチルセルロース、力ルポキシルメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができ、分散剤としては、例えば、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹼、ポリアルコール等を挙げることができ、造孔剤としては、例えば、グラフアイト、小麦粉、澱粉、フエノール樹脂、ポリエチレンテレフ夕レート等を挙げることができる。これら添加剤は、目的に応じて 1種単独又は 2種以上組合わせて用いることができる。

セラミックス材料は、通常、上述した主原料及び必要に応じて添加される添加物からなる原料粉末 1 0 0重量部に対して、 1 0〜4 0重量部程度の水を投入後、混練し、可塑性混合物とする。

押出し成形は、真空土練機、ラム式押出し成形機等を用いて行うことができる。押出し成形により形成されるシート状生成形体は、厚さ 3 mm以下であることが好ましく、厚さ 2 mm以下であることがより好ましく、厚さ l mm以下であることが特に好ましい。

厚さ 3 mm以下とすると、ハニカムフィルタ一の圧力損失を減少させ、ェンジン出力を向上することができる。また、押出し成形によりセラミックス結晶を充分配向させ、フィルター基体との熱膨張係数の差を小さくすることができる。形成されるハニカム状生成形体の外形としては、例えば、端面の形状が真円又は楕円の円柱、端面の形状が三角、四角等の多角形である角柱、これらの円柱、角柱の側面がくの字に湾曲した形状等を挙げることができ、ハニカム状生成形体の貫通孔の形状としては、例えば、断面形状が四角、八角等の多角形、真円、楕円等を挙げることができる。

本発明のハニカムフィルタ一の製造方法では、次ぎに、シート状生成形体に、ハニカム状生成形体を乾燥したハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させて千鳥格子状に貫通孔を形成する。

焼成前のハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させて形成することにより、後に行う焼成による焼締りで両者の貫通孔にズレが生じることを防止することができる。

Λ二カム状生成形体を乾燥する方法としては、特に制限はなく、例えば、熱風乾燥、マイクロ波乾燥、誘電乾燥、減圧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等を挙げることができる。

ハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させて千鳥格子状に貫通孔を形成する方法としては、シート状生成形体の穴あけ位置をハニカム状乾燥体の貫通孔に対応させた後、パンチングで穴を開ける方法等を挙げることができる。但し、両者の貫通孔 4、 5をより正確に対応させることができ、かつハニカムフィルタ一の製造ェ程を簡略化できる点で、八二カム状生成形体の貫通孔の形成と、後述するシート状生成形体のハニカム状乾燥体の端面への圧着を同時に行うことが好ましい。具体的には、例えば、ハニカム状乾燥体の端面にシート状生成形体を載置した後、シート状生成形体に対応する外延を有し、かつハニカム状乾燥体の貫通孔に対応して配設される穴あけ手段を有する板状部材を押圧して、貫通孔の形成と圧着を同時に行う方法を挙げることができる。

本発明のハニカムフィルターの製造方法では、次ぎに、シート状生成形体を、シート状生成形体に形成した貫通孔がハ二カム状乾燥体の貫通孔に対応する位置で、八二カム状乾燥体の端面に圧着する。

これにより、一方が焼成体のフィル夕一基体である場合に比べ、両者の接触がより緻密になる為、焼成後の封止シートとフィルタ一基体との接合強度が向上し、封止シ一トの剥離、脱落をより確実に防止することができる。

シート状生成形体のハニカム状乾燥体の端面への圧着は、シート状生成形体が可塑性を有する為、シート状生成形体をそのまま押し付ければよいが、セラミツクス材料を主成分とするスラリーをハニカム状乾燥体に塗布してそこにシート状生成形体を押し付けてもよい。

本発明のハニカムフィルターの製造方法では、最後に、シート状生成形体が圧着されたハニカム状乾燥体を一体焼成する。

これにより、従来行われていたハニカム状乾燥体の焼成と、シート状生成形体を圧着したフィルタ一基体の焼成という 2段階の焼成を 1段階の焼成で行うことができる為、製造コストを大幅に削減することができるとともに、製造の大幅な迅速化を図ることができる。また、焼成後に、対応する貫通孔についてズレが生じることを防止することができる。

焼成温度は、封止シートとフィルタ一基体とをより密接に固着する点から、 1 4 1 0〜 1 4 4 0 の温度で行うことが好ましい。以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によつて何ら限定されるものではない。

1 . 評価方法

( 1 ) 電気炉スポーリング試験

所定温度にした電気炉に、実施例及び比較例で得られた試験体を入れて 3 0分保持後、 2 5 °Cの室内に取り出し、耐火煉瓦の上に置き、冷却後、外観観察と打音により、クラックの有無を判定した。

電気炉の設定温度は、 6 5 0 °Cからスタートし、クラックがない場合は、 5 0 °C 刻みで温度を上げ、クラックが発生しない最高温度を試験結果とした。

( 2 ) 圧力損失測定方法

フィルターに 2 5 °Cの、 5 NmVm i nの空気を流し、フィルター前後の圧力差を測定した。

( 3 ) 熱膨張係数

ハニカム状又はシート乾燥体を焼成後、ガス流路方向に沿ってサンプルを切り出し、 4 0〜8 0 0 °Cの熱膨張係数（一定圧力下、単位温度変化（°C) 当たりのガス流路方向における寸法変化率（A LZL)) を測定した。スラリーの場合は、スラリーを乾燥、焼成後、サンプルを切り出し、 4 0〜8 0 の熱膨張係数を測定した。

2 . 実施例及び比較例

実施例 1

まず、表 1に示す組成 1のコーディエライト化原料 1 0 0重量部に対して、水 3 0重量部、造孔剤（グラフアイト） 3 0重量部、パインダ一 (メチルセルロース） 4重量部、分散剤（ラウリン酸カリウム） 0 . 5重量部を混練したものを押出し成形した後、乾燥してハニカム状乾燥体（焼成前のもの）を得た。

次いで、表 1に示す組成 2のコ一デイエライト化原料 1 0 0重量部に対して、水 3 0重量部、造孔剤（グラフアイト） 3 0重量部、バインダー (ポリエチレンテレフタレート） 4重量部、分散剤（ラウリン酸カリウム） 0 . 5重量部を混練したものを押出し成形して、乾燥前で可塑性を有する厚さ 1 . 5 mmのシート状生成形体を得、このシート状生成形体を、ハニカム状乾燥体の複数の貫通孔に対応する部分をパンチングにより千鳥格子状に打ち抜き、八二カム状乾燥体の貫通孔が開口する一の端面と他の端面とで異なる貫通孔が封止されるように、両端面に圧着した。

最後に、この状態で乾燥後、 1420 で焼成してハニカム状のフィルタ一基体（ハニカム状乾燥体の焼成後のもの）にシート状封止部材 (シート状生成形体の乾燥、焼成後のもの）が固着されたコ一デイエライト質ハ二カムフィルター（フィル夕一基体：気孔率 60%、平均細孔径 25 rn, 直径 144mm、長さ 15 0mm、リブ厚さ 300 m、セル密度 300セル/ i nc h², 全長： 1 52m m) を得た。

得られたハニカムフィルターについて、 40〜800°Cの熱膨張係数を測定したところ、フィル夕一基体は、 0. 6X 10—⁶ノであり、シート状封止部材は、 0. 8 X 10— ⁶Z°Cであった。また、電気炉スポーリング試験では、 800°Cまでクラックの発生が認められず、圧力損失も 133mmH₂0と低かった。評価結果をまとめて表 2に示す。

実施例 2

実施例 1において、フィルタ一基体の長さを 147mmとし、シート状生成形体の厚さを 2 mmとした以外は実施例 1と同様にしてコ一デイエライト質ハ二力ムフィルタ一を得た。

得られたハニカムフィルタ一について、 40〜800°Cの熱膨張係数を測定したところ、フィルタ一基体は、 0. 6 10—ゾ°〇でぁり、シート状封止部材は、 0. 9 X 10_⁶Z°Cであった。また、電気炉スポーリング試験では、 800°Cまでクラックの発生が認められず、圧力損失も 137mmH₂0と低かった。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。

実施例 3

実施例 1において、フィルタ一基体の長さを 149mmとし、シート状生成形体の厚さを 3mmとした以外は実施例 1と同様にしてコ一デイエライト質ハ二力ムフィルターを得た。

得られたハニカムフィルタ一について、 40〜800°Cの熱膨張係数を測定したところ、フィルタ一基体は、 0. 6X 10—⁶Z°Cであり、シート状封止部材は、 1. 1 X 10_^fi/°Cであった。また、電気炉スポーリング試験では、 750°Cまでクラックの発生が認められず、圧力損失も 14 OmmH₂〇と低かった。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。

実施例 4

実施例 1において、表 1に示す組成 3のコ一ディェライト化原料を用いてスラリーを作製し、このスラリーをフィルタ一基体の貫通口が開口する両端面に塗布し、そこにシート状生成形体を圧着したこと以外は実施例 1と同様にしてコーデイエライト質ハニカムフィルターを得た。

得られたハニカムフィルターについて、 40〜800°Cの熱膨張係数を測定したところ、フィルタ一基体は、 0. 6 X 10— ⁶Z°Cであり、シート状封止部材は、 0. 8X 10_⁶/°Cであり、接合材 (スラリー焼成後焼結体) は、 1. 1 X 10一 ⁶/°Cであった。また、電気炉スポーリング試験では、 800 までクラックの発生が認められず、圧力損失も 135mmH₂0と低かった。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。

比較例 1

実施例 1において、フィルタ一基体の長さを 145mmとし、シート状生成形体の厚さを 4mmとした以外は実施例 1と同様にしてコーデイエライト質ハ二力ムフィルターを得た。

得られたハニカムフィルターについて、 40〜800 の熱膨張係数を測定したところ、フィルタ一基体は、 0. 6X 10-ゾ "Cであり、シート状封止部材は、 1. 3X 10—⁶/°Cであった。また、電気炉スポ一リング試験では、 700°Cを超えるとクラックの発生が認められ、圧力損失も 144mmH₂0と高かった。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。

比較例 2

実施例 1において、表 1に示す組成 1のコーディェライト化原料を用いてスラリーを作製し、このスラリーをフィルタ一基体の貫通口が開口する両端面に塗布し、そこにシート状生成形体を圧着したこと以外は実施例 1と同様にしてコーデイエライト質ハ二カムフィルターを得た。得られたハニカムフィル夕一について、

40〜800°Cの熱膨張係数を測定したところ、フィルタ一基体は、 0. 6X 1 0_⁶/°Cであり、シート状封止部材は、 0. 8X 10— ⁶Z°Cであり、接合材（スラリー焼成後焼結体）は、 1. 5X 10—⁶/°Cであった。また、圧力損失は 137 mmH₂0と低かったものの、電気炉スポーリング試験では、 700°Cを超えるとクラックの発生が認めらた。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。

比較例 3、 4

実施例 1において、表 1に示す組成 1のコーディェライト化原料を用いてスラリーを作製し、それぞれ、このスラリーをフィルタ一基体の貫通口に深さ 5、 1 0mmで圧入、埋設したこと以外は実施例 1と同様にしてコ一デイエライト質ハ二カムフィルタ一を得た。

得られたハニカムフィルタ一について、 40〜800°Cの熱膨張係数、及び圧力損失の測定、並びに電気炉スポーリング試験を行ったところ、比較例 3のハニカムフィルタ一では、 40〜800°Cの熱膨張係数が、フィルタ一基体で、 0. 6 X 10— ⁶Z°Cであり、封止部材（スラリーの乾燥、焼成後のもの）の 40〜8 00°Cにおける熱膨張係数は、 1. 5X 10—V⁷ であった。また、電気炉スポ —リング試験では、 700°Cを超えるとクラックの発生が認められ、圧力損失も 150mmH₂Oと高かった。また、比較例 4のハニカムフィルターでは、 40〜 800での熱膨張係数が、フィルタ一基体で、 0. 6 X 10— ⁶Z°Cであり、封止部材（スラリーの乾燥、焼成後のもの）の 40〜800°Cにおける熱膨張係数は、 1. 5 X 10—⁶ でであった。また、電気炉スポーリング試験では、 650°Cを超えるとクラックの発生が認められ、圧力損失も 172 mmH₂0と更に高かった。用いた組成を表 1に、評価結果を表 2にまとめて示す。表 1.調合組成

原料名組成 1 組成 2 組成 3

質量 ^α/ο 平均粒径質量％平均粒径質量％平均粒径タルク 40% 20jU m 38% 10/ ΙΠ 38% 7/im カオリン 20% 10^m 19% 2jUm 19% 1.3 m 石英 11% 10/ m

溶融シリカ 10% 4jU m 10% 2.5 II アルミナ 14% -. Ί

水酸化アルミニウム 15%. 5 m 33% 33¾ 1.0 im

表 2.試験結果

実施例 1 実施例 2実施例 3実施例 4 比較例 1 '比較例 1 比較例 3 比較例 4 フィルタ一基体における 40- 800°Cの熱膨張係数（10— ⁶/°C) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 封止部材における 40- 800°Cの熱膨張係数（ 10—⁶/°C) 0.8 0.9 1.1 0.8 1.3 0.8 1.5 1.5 封止部材の厚さ（mm) 1.5 2 3 1.5 4 1.5 5 10 接合材における 40- 800°Cの熱膨張係数（ 10—⁶/°C) 1.1 1.5

電気炉スポーリング試験 (°c) 800 800 750 800 700 フ 00 700 650 圧力損失（mmH₂0) 133 137 140 135 144 137 150 172

3. 評価

フィルタ一基体の 40〜8 0 0°Cにおける熱膨張係数と、封止用シート及び接合剤の 4 0〜8 0 0°Cにおける熱膨張係数との差が 0. 5 X 1 0—⁶/°C以下であり、かつシート状封止部材の厚さが 3mm以下である実施例 1〜4では、電気炉スポーリング試験で、クラック発生最低温度が 7 5 0 °C以上と良好な耐熱衝撃性が認められとともに、圧力損失が、 140mmH₂O以下と低いことが認められた。一方、シート状封止部材の厚さが 4 mmで、 40〜 8 0 0 °Cにおける熱膨張係数が 1. 3 X 1 0—⁶/°Cと高く、フィルタ一基体との 40〜8 0 0°Cにおける熱膨張係数の差が、 0. 7 X 1 0— ⁶/°Cと大きい比較例 1のハニカムフィルタ一では、電気炉スポーリング試験で、クラック発生最低温度が 7 0 0°Cと耐熱衝撃性が低いことが認められるとともに、圧力損失が、 144mmH₂0と高いことが認められた。

また、接合材（スラリー乾燥、焼成後のもの）の 40〜8 0 0°Cにおける熱膨張係数が、 1. 5 X 1 0—⁶/°Cと高く、フィルタ一基体との 40〜8 0 0 における熱膨張係数の差が、 0. 9 X 1 0—⁶/°Cと大きい比較例 2のハニカムフィルターでは、圧力損失は 1 3 7mmH₂0と低いものの、電気炉スポーリング試験で、クラック発生最低温度が 7 0 0 °Cと耐熱衝撃性が低いことが認められた。

更に、 40〜80 0°Cにおける熱膨張係数が、 1. 5 X 1 0— ⁶ノ°0と高く、フィル夕一基体との 40〜8 0 0°Cにおける熱膨張係数の差が、 0. 9 X 1 Q~V°C である封止部材（スラリー乾燥、焼成後のもの）を、フィルタ一基体の貫通孔に深さ 5 mmで埋設した比較例 3のハニカムフィルターでは、電気炉スポーリング試験で、クラック発生最低温度が 7 0 0°Cと耐熱衝撃性が低いことが認められるとともに、圧力損失が、 1 5 0mmH₂〇と高いことが認められた。また、 40〜 8 0 Otにおける熱膨張係数が同様の封止部材を、フィルタ一基体の貫通孔に深さ 1 0mmで埋設した比較例 4のハニカムフィルターでは、電気炉スポ一リング試験で、クラック発生最低温度が 6 5 0 °Cと耐熱衝撃性が更に低いことが認められるとともに、圧力損失が、 1 7 2mmH₂0と更に高いことが認められた。産業上の利用可能性

以上説明したように、本発明の八二カムフィルタ一によれば、濾過効率が高く、かつ耐熱衝撃性にも優れるとともに、封止部材とフィルター基体との接合強度が高く、かつ圧力損失を小さくすることができるハニカムフィルタ一を提供することができる。

また、本発明のハニカムフィル夕一の製造方法によれば、濾過効率が高く、かつ耐熱衝撃性にも優れるとともに、封止部材とフィルタ一基体との接合強度が極めて高く、かつ圧力損失を小さくすることができるハニカムフィルタ一を、極めて低コストかつ精密に製造することができるハニカムフィルターの製造方法を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数の貫通孔を有する八二カム状のフィルタ一基体と、前記フィル夕一基体の前記貫通孔が開口する端面に固着される封止部材とを備え、前記封止部材が、前記フィルタ一基体の前記複数の貫通孔を、一の端面で千鳥格子状に封止し、かつ他の端面で前記一の端面で封止した貫通孔と異なる貫通孔を千鳥格子状に封止するハニカムフィルタ一であって、

前記封止部材が、厚さ 3 mm以下のシート状焼成体であるとともに、前記フィルター基体との 4 0〜8 0 0 °Cにおける熱膨張係数の差が、 0 . 5 X 1 0 -6/°C 以下であることを特徴とするハニカムフィル夕一。

2 . 前記フィルタ一基体及び前記封止部材が、配向コーディエライトを主結晶相とするセラミックスからなる請求項 1に記載のハニカムフィルター。

3 . 前記封止部材が、可塑性のシー卜状生成形体を八二カム状乾燥体に圧着、焼成することにより、前記フィルタ一基体に固着される請求項 1又は 2に記載のハニカムフィルター。

4 . 前記封止部材が、前記フィルタ一基体との 4 0〜8 0 0でにおける熱膨張係数の差が 0 . 5 X 1 0—⁶/°C以下の接合材を介して、前記フィル夕一基体に固着される請求項 1又は 2に記載のハニカムフィルター。

5 . セラミックス材料を押出し成形してシー卜状生成形体及び八二カム状生成形体を形成し、

前記シ一ト状生成形体に、前記ハニカム状生成形体を乾燥した八二カム状乾燥体の貫通孔に対応させて千鳥格子状に貫通孔を形成し、

前記シート状生成形体に形成した貫通孔が、前記八二カム状乾燥体の貫通孔に対応する位置で、前記シート状生成形体をハニカム状乾燥体の端面に圧着し、前記シート状生成形体が圧着されたハニカム状乾燥体を一体焼成することを特徴とするハニカムフィルターの製造方法。

6 . 前記ゼラミックス材料が、平均粒径 1〜1 0 // 111のカォリン0〜2 0質量％、平均粒径 5〜3 0 のタルク 3 7〜4 0質量％、平均粒径 1〜 1 0 mの水酸化アルミニウム 1 5〜4 5質量％、平均粒径 4〜 8 の酸化アルミニウム 0〜 1 5質量％、平均粒径 2〜 1 0 0 mの溶融シリカ又は石英 1 0〜2 0質量％の組成物を主原料とする請求項 5に記載の八二カムフィルターの製造方法。

7 . 前記シート状生成形体が、厚さ 3 mm以下である請求項 5又は 6に記載のハニカムフィルターの製造方法。

8 . 前記ハニカム状生成形体の貫通孔の形成と、前記シート状生成形体のハニカム状乾燥体の端面への圧着を同時に行う請求項 5〜 7のいずれか一項に記載のハニカムフィルターの製造方法。